教学设计 | BX1 4.1.1 被动运输

年级

高一年级

  授课时间

2课时

课题

第1节  被动运输

教材分析

本节课的内容是在学生学习了细胞结构的基础上进行的，主要包括动物细胞的吸水和失水、植物细胞的吸水和失水、质壁分离及其复原实验、自由扩散和协助扩散等内容。在本节的“问题探讨”中，教材用一个物理渗透装置演示水分子通过半透膜的渗透。虽然半透膜不是细胞膜，但水分子通过半透膜与通过细胞膜的被动运输基本原理是一样的。 因此结合“讨论”中的三个问题，分析这个装置中水分渗透扩散的原理，可为后续学习“水进出细胞的原理”奠定基础。教材分别用动物细胞和植物细胞举例，归纳出渗透作用的原理。通过分析探讨水进出哺乳动物红细胞的实例，理解什么是渗透作用，发生渗透作用需要具备什么条件。植物细胞有细胞壁，成熟的植物细胞还有中央大液泡，这两个特点使得植物细胞的吸水和失水现象与动物细胞相比有明显区别。因此，教材对植物细胞的吸水与失水进行单独分析。“探究植物细胞的吸水和失水”是一个要求学生全程进行探究的实验，目的是希望通过这个实验，让学生进一步学习科学探究的一般方法。通过本节课的学习有利于学生巩固前面所学的知识，又能为学生学习后面的主动运输作好铺垫,在教材中起着承上启下的桥梁作用。

教学目标

1.阐明细胞膜的选择透过性。

2.阐明被动运输的原理和特点。

教学重、难点

1.教学重点

(1)被动运输的原理和特点。

(2)探究植物细胞的吸水和失水。

2.教学难点

(1)探究植物细胞的吸水和失水。

(2)转运蛋白的种类和作用。

教学过程

第一课时

教学内容

教师活动

学生活动

引入新课

【情境导入】

结合日常生活中常见的现象，提出问题。

1、连续嗑带盐的瓜子时，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉呢？

2、包水饺用白菜做馅时，放一些盐，过一会儿发现什么现象？

学生思考回答：

1.干涩的感觉

2.有水分渗出

思考回答问题，对渗透作用现象有初步认识。

一、渗透作用

【活动一：阅读与思考】

播放教材P62页中“问题探讨”的实验视频，学生阅读相关内容。布置任务，展开问题探讨：

任务一：讨论渗透作用发生的条件 

根据教材P62“问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题：

1.漏斗管内的液面为什么会升高?

由于单位体积的清水中水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数,因此单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。

2.如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？

不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。

3.如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的
   液面会不会升高？为什么？ 

不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。

4.尝试概括渗透作用的发生需要具备怎样的条件？

①具有半透膜

②膜两侧溶液存在浓度差

【概括描述】

通过以上问题的探讨，引导学生建构扩散和渗透作用两个概念。

1.水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散,称为渗透作用。

2.渗透作用方向：

3.扩散:分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。

从扩散和渗透作用的示意图中，可以看出两种方式有什么异同吗？

渗透作用特指水分子或其它溶剂分子的扩散，而且是通过半透膜的扩散 。

【核心归纳】

1.水分子的运动规律

(1)半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。

(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。

2.渗透平衡≠浓度相等

渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。

观看实验视频，阅读相关内容。

思考任务中的问题，通过分析、讨论概括出渗透作用的发生需要具备的条件。进而概括出扩散和渗透作用两个概念，并结合图析概括渗透作用的方向。

观察扩散和渗透作用的示意图，归纳出两种方式的异同。

习题巩固

1.下图甲是渗透作用装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间。

下列叙述不正确的是(     )

A.图甲所示装置中漏斗内溶液的浓度变化可用曲线图丙表示

B.水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线图乙表示

C.漏斗管内的液面高度变化可用曲线图丙表示

D.半透膜内外溶液的浓度差可用曲线图乙表示

【答案】A

【解析】由于漏斗内为30%的蔗糖溶液,漏斗外为蒸馏水,漏斗内溶液浓度高于漏斗外溶液浓度,水分子整体表现为由膜外进入膜内，蔗糖溶液浓度降低,可用曲线乙表示,A错误。水分子通过半透膜进入漏斗内的速率由膜内外两侧溶液的浓度差决定,由于水分子整体表现为由膜外进入膜内,膜两侧溶液的浓度差越来越小,水分子通过半透膜进入漏斗内的速率也逐渐下降,均可用曲线乙表示,B、D正确。随着水分子的进入，漏斗管内的液面逐渐上升,达到渗透平衡时停止，可用曲线丙表示,C正确。

故选A。

2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是

A.a先降后升，b先升后降

B.a先升后降，b先降后升

C.当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等

D.当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧

【答案】A

【解析】本实验中的半透膜只允许葡萄糖、水分子透过,而蔗糖分子不能透过。相同质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液,由于葡萄糖的摩尔质量较小,其物质的量浓度就较大,水分子和葡萄糖都能透过半透膜,但分子小得多的水分子渗透速率要快得多。刚开始时水分子向物质的量浓度较大的葡萄糖溶液一侧渗透,所以b液面高于a液面。之后葡萄糖也逐渐透过半透膜到达a侧,使a侧浓度升高,水又反向渗透,a液面又高于b液面。因此,a先降后升,b先升后降。由于静水压的作用，当液面最终停止变化时,b侧浓度低于a侧。

故选A。

二、水进出细胞的原理

(一)动物细胞的吸水和失水

将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生变化。展示动物细胞的吸水和失水实验结果图片，引导学生分析实验条件及现象。

动物细胞的细胞膜相当于半透膜，当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀。当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩。当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞形态不变。

【思考讨论】

展示一系列问题，分析水进出哺乳动物红细胞的原理，引导学生思考分组讨论，并作答。

1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于教材P62“问题探讨”所示装置中的什么物质？

血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。

2.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？

不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。

3.红细胞吸水和失水取决于什么条件？

取决于红细胞内外溶液的浓度差。

一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。 

4.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？

因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。

水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。

水又是怎样进出植物细胞的呢?

(二)植物细胞的吸水和失水

【联系生活】

植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？

将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。

盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。

对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。

展示成熟植物细胞的结构图，对比渗透装置。

【探究实践】

任务二：探究植物细胞的吸水和失水

1.现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量清水，一段时间后液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，请学生试解释上述现象。

分析讨论得出：凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液浓度大于清水，马铃薯细胞吸水，导致清水液面下降；当向清水中加入适量蔗糖后，蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水，一段时间后导致液面升高。

2.探究植物细胞的吸水和失水

提出问题：水分进出细胞是通过渗遇作用吗?

原生质层是否相当于一层半透膜 ?

作出假设：原生质层相当于层半适膜

实验设计：①如果假设是正确的,当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时,细胞就会失水,液泡体积就会编小;当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时,细胞就会吸水，液泡体积就会增大。所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。

②如何使细胞外溶液的浓度升高或降低?

提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。

③如何看到细胞,需要借助到什么材料和用具?

利用显微镜观察临时装片。

④用对实验结果作出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化?

由于原生质层相当于一层半透膜 ,水分子可以自由透过,而蔗糖分子不能透过。因此,在蔗糖溶液中植物细胞的中央液包会变小,发生质壁分离;加入清水后,当细胞波浓度大于外界溶液的浓度时,外界溶液中的水就会透过原生质层进入细胞液,发生质壁分离的复原。

(4)实验材料的选择

a.下列细胞中能发生质壁分离的是           。

A.大蒜根尖分生区细胞

B.人的口腔上皮细胞

C.菠菜叶肉细胞

D.蛙的红细胞

E.洋葱鳞片叶外表皮细胞

F.洋葱鳞片叶内表皮细胞

CEF 

b.若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在___(用图中数字表示)；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在   (用图中数字表示)；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了红墨水，则有色区域在     (用图中数字表示)。

7   5   6

播放植物细胞吸水和失水的实验过程视频。

(5)实验结果分析

①该实验过程共观察了3次，制作临时装片后观察，滴加蔗糖溶液后观察，再次滴加清水后观察。将结果记录在下表中。

②实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？

观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。

③紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？

颜色逐渐变深。吸水能力逐渐增强。

有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？

蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。

(6)实验结论

(1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；

(2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。

引导学生分析总结出植物细胞发生质壁分离与复原的原因： 

内因：原生质层相当于一层半透膜

      原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性

外因：外界溶液浓度 > 细胞液浓度 

【拓展应用】

引导学生思考以下问题。

用物质的量浓度为2 mol·L^－1的乙二醇溶液和2 mol·L^－1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)体积变化情况如图所示。请回答：

2 min后，不同于处于2 mol·L^－1的蔗糖溶液中的细胞，处于2 mol·L^－1的乙二醇溶液中的细胞自动发生了       现象，发生该现象的原因是       _。当质壁分离复原后，此时细胞液的浓度      外界溶液浓度。

质壁分离复原 

乙二醇分子进入细胞内，引起细胞液的浓度增大，细胞吸水使质壁分离自动复原

大于或等于 

根据生活经验，结合动物细胞的吸水和失水实验结果图片，思考讨论问题，分析水进出哺乳动物红细胞的原理。

联系生活中实例，体会生活中植物细胞的吸水和失水的现象。

分析讨论解释现象，得出相应的结论。

探究植物细胞的吸水和失水现象，提出相应问题，作出适当假设，并设计实验思路。

对实验结果作出预测。

对实验材料进行选择。

观看实验视频。

对实验结果进行分析,思考回答有关问题。

通过对实验结果的分析得出实验结论。

总结植物细胞发生质壁分离与复原的原因。

思考讨论问题。

习题巩固

3.如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是 

A.图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力减弱

B.图1所示结果只能在图2中C处观察到

C.增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察(D)和第三次观察(F)实验效果更明显

D.该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等

【答案】D

【解析】图1细胞若继续发生质壁分离，细胞失水，则该细胞的吸水能力不断错误,A正确;图1所示结果可能处于质壁分离过程中或者平衡状态，也可能处于质壁分离复原过程

中,因此可能在图2的C处或E处观察到,B错误;适当增大蔗糖溶液的浓度，使蔗糖溶液与细胞液的浓度差变大，质壁分离的速度加快,但如果蔗糖浓度过高,会导致细胞因失水

过多而死亡,不会发生质壁分离复原现象,C错误。

故选D。

4.(2023·安徽蚌埠高一检测)用物质的量浓度为2 mol·L^－1的乙二醇溶液和同物质的量浓度的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(植物细胞除去细胞壁后剩余的部分)体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是 

A.在蔗糖溶液中，植物细胞体积明显逐渐减小

B.在d点时，蔗糖溶液中仍有水分子进出植物细胞

C.在0～240 s内，乙二醇没有通过细胞膜进入细胞内

D.在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同

【答案】B

【解析】在蔗糖溶液中，由于细胞失水，原生质体的体积明显缩小，但细胞壁伸缩性较小，细胞体积没有明显变化,A错误;水分子进出细胞的行为任何时刻都可发生,d点进出达到平衡,B正确;0～240s内，乙二醇通过细胞膜进入细胞内,导致细胞液浓度增大,细胞吸水导致质壁分离自动复原,C错误;c点相比a点,有部分乙二醇进入了细胞,c点的原生质体体积和a点的体积相等，但由于细胞壁的限制，二者的细胞液浓度未必相等,D错误。

故选B。

课堂小结

板书设计

第1节  被动运输

一、渗透作用

1.水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散,称为渗透作用。

2.渗透作用方向：水分子是顺相对含量梯度跨膜运输。

3.扩散:分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。

二、水进出细胞的原理

1.动物细胞的吸水和失水

2.植物细胞的吸水和失水